热电偶的基本原理和组成结构
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1、1热电偶传感器热电偶传感器23 在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。特点：特点：在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。另外，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。4 热电偶（thermocouple）是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。温度热电动势信号温度显示热电偶仪器仪表5 热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度差
2、时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势。铜丝铁丝60.0070.118-0.11910热电偶测温原理热电偶测温原理1.热电效应 两种不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两接点温度不同，则在该回路中会产生电动势。这种现象称为热电效应，该电动势称为热电势。 1112热电偶回路 热电偶回路产生的热电动势由接触电动势和温差电动势两部分组成。当 A，B 两种不同导体接触时，两种金属A、B的自由电子密度不同分别为nA和nB （设nAnB）。当两种金属相接时，将产生自由电子的扩散现象。达到动态平衡时，在A、B之间形成稳定的电位差，即接触电势eAB(t) 。两种导体的接触电势示意图 13两种导体的
3、接触电势14 接触电动势的大小与接点处温度高低和导体的电子密度有关。 温度越高， 接触电动势越大；两种导体电子密度的比值越大，接触电动势越大。单一导体的温差电势 对于单一导体，如果两端温度分别为T、TO，且TTO。单一导体温差电势示意图 导体中的自由电子，在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散，在导体两端产生了电势。15 热电偶回路总热电势： EAB(T,TO)=eAB(T)+eB(T,TO)-eAB(TO)-eA(T,TO)式中：eAB(T): 热端接触电势；eB(T,TO): B导体温差电势；eAB(TO): 冷端接触电势；eA(T,TO): A导体温差电势。 16 在总电势中，温差电势
4、比接触电势小很多，可忽略不温差电势比接触电势小很多，可忽略不计计，则热电偶的热电势可表示为 EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO) 显然， 热电动势的大小与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关。 17当热电偶两电极材料确定后，热电动势便只是两接点温度的函数。当参考端温度TO恒定时，EAB(TO)=c为常数，则总的热电势就只与温度T有关系，即： EAB(T,TO)=eAB(T)- c =f(T) 18实际应用时可通过热电偶分度表热电偶分度表查出温度值。分度表是在参考端温度为00C时，通过实验建立的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO)
5、192021 可见当冷端温度 t 0 恒定时， 热电偶产生的热电动势只与热端的温度有关， 即只要测得热电动势，便可确定热端的温度 t。由此得到有关热电偶的几个结论：（1）热电偶必须采用两种不同材料作为电极，否则无论导体截面如何、温度分布如何，回路中的总热电动势恒为零。（2）若热电偶两接点温度相同，尽管采用了两种不同的金属，回路总电动势恒为零。（3）热电偶回路总热电动势的大小只与材料和接点温度有关，与热电偶的尺寸、形状无关。EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO) 没有小结的小结没有小结的小结 热电偶的热电动势与温度的关系表，称之为分度表。 热电偶（包括后面要介绍的金属热电阻及测量仪表）
6、分度表是IEC（国际电工委员会）发表的相关技术标准（国际温标）。 该标准以表格的形式规定各种热电偶/阻在-2712300每一个温度点上的输出电动势（参考端温度为0）。22分度表分度表23非标准化热电偶：非标准化热电偶： 在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶， 一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶：标准化热电偶： 热电偶和热电阻全部按 IEC 国际标准生产。标准化热电偶/阻命名统一代号，称为分分度号度号。我国指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。24 常用的4种标准化热电偶丝材料为铂铑10铂、铂铑30铂铑6、镍铬铜镍、镍铬镍硅（我国通
7、常称为镍铬康铜）。 组成热电偶的两种材料，写在前面的为正极，写在后面的为负极。1）铂铑10铂热电偶（分度号为S，也称为单铂铑热电偶） 特点是性能稳定，精度高，范围较大、抗氧化性强，长期使用温度可达1000，成本较高，热电动势较弱。2）铂铑13铂热电偶（分度号为R，也称为单铂铑热电偶） 同S型相比，它的热电动势率大15%左右，其它性能几乎相同。25标准化热电偶材料和种类标准化热电偶材料和种类3）铂铑30铂铑6热电偶（分度号为B，也称为双铂铑热电偶） 在室温下，其热电动势很小，故在测量时一般不用补偿导线，可忽略冷端温度变化的影响。 长期使用温度为1600，短期为1800，因热电动势较小，故需配用灵
8、敏度较高的显示仪表。 即使在还原气氛下，其寿命也是R或S型的1020倍。缺点是价格昂贵。264）镍铬镍硅（镍铝）热电偶（分度号为K） 是抗氧化性较强的贱金属热电偶，可测量01300温度。 热电动势与温度的关系近似线性、价格便宜、热电动势大，是目前用量最大的热电偶。5）铜铜镍热电偶（分度号为T） 价格便宜，使用温度是-200350。276）铁铜镍热电偶（分度号为J） 价格便宜，适用于真空、氧化或惰性气氛中，温度范围为-200800。7）镍铬铜镍热电偶（分度号为E） 是一种较新的产品，裸露式结构无保护管，价格比较便宜，在常用的热电偶中，其热电动势最大。适用于0600温度范围。282930热电偶的结
